Научные достижения и перспективы

отКоманда профессоров живописи ВэйРуководство, опубликовано в верхнем номереNature Communications"Тема статьи является"Ультратонкая полимерная мембрана для улучшения экстракции отверстий и блокировки ионов в перовскитных солнечных элементах"И".

Для нынешней эффективностин-и-пперовскитовый солнечный элемент типаДолгосрочный срок службы ограниченПроблема заключается в основном в перовските и легированных слоях электропередач (HTL) В гетерогенных переходахДиффузия ионовЭто приведет кHTLСнижение электропроводности и потеря компонентов перовскита. Для решения этой ключевой задачи команда профессора ВэяРазработан и исследован сверхтонкий (7Нами)pПромежуточный слой полимеров (Д18)А.

•Д18Сверхтонкий средний слой эффективно подавляет диффузию ионов лития, метиламмония, метилена и йода между слоями.А.

• D18Улучшили перовскит./ HTLРасположение энергетических полос интерфейса способствует более эффективному извлечению отверстийА.

•На основе этого инновационного проекта были разработаны перовскитные солнечные батареи.Гандам26,39%(Сертифицирован как26,17%) Эффективность преобразования мощности(Устройства малой площади) и25,02%Эффективность (устройства большой площади)А.

•Устройство работает непрерывно при отслеживании максимальной мощности. 1100 Через час, остаетсяСохранение первоначальной эффективности.95,4%Это демонстрирует значительное повышение стабильности.

•черезQFLS(квазифермионное деление уровней) АнализПодтвержденоЛОСПовышение связано не только с уменьшением радиационных комплексов, но и с тем, чтоД18Оптимизация расположения полос на промежуточном уровне.

Исследовательская группа

Исследовательская группа в основномКитайский университет，Вэй ЧжаньцзяньиСе ЛицянПрофессор является одним из соавторов этого исследования.Автор сообщенияИ с Городским университетом ГонконгаАлекс. К.-И. ДженПрофессор и другие исследователи работают вместе.

Контекст исследования

В области перовскитовых солнечных батарей, особенно высокоэффективныхн-и-пВ структурном плане существует ряд значительных трудностей и проблем:

•Ограниченный срок службы: Эффективностьн-и-пПеровскитные солнечные батареи типа, хотя и эффективны, ноСрок службы относительно ограничен.Лучше, чемp-i-nАккумуляторы типа Стабилизация.

•Перовскит и электрические отверстия (HTLМежду ними существует ионная диффузия.В результатеHTLСнижение электропроводности и потеря компонентов перовскита.

•ОбычныйHTLматериал Спиро-ОМЕТАДСтруктура пушистая и большая.Легко случаетсяУтрата легирующего веществаИНедостаточная ионная защита.А.

•Для повышения стабильностизаменитьСпиро-ОМЕТАДЭто может привести к значительному снижению эффективности.

•Перовскит сам по себе имеетСвойства ионной связи, решетка мягкая, подвержена переносу ионовЗатем коррозияHTLИ электроды.

•Существующие материалы интерфейса вТрудно найти баланс между сдерживанием взаимной диффузии ионов и поддержанием эффективного извлечения из электродырА.

решение

В ответ на ранее упомянутыен-и-пТрудности и проблемы, с которыми сталкиваются перовскитные солнечные батареи типаСверхтонкая вставкаpПромежуточный слой полимеров (Д18)Ключевое решение. Основное внимание уделяется следующим областям:

•Построить ионный барьер:利用Д18Полимеры в кальциево - титановых рудниках и слоях электропередач (HTLВ основномСпиро-ОМЕТАДМежду ними образуется одноСверхтонкий (7Нейми) и плотная мембрана.А.Д18Особая молекулярная структура полимеров, особенноDTBT сплавленное кольцоМощность, созданная единицейπ–πСтекСпособствует образованию более плотной пленки,Эффективно блокирует направление ионов в перовските (например, лития, метиламмония, метилена и ионов йода)HTLРаспространение. Этот блокирующий эффект может защититьHTLЗащита от ионной коррозии также уменьшает потерю компонентов перовскита, тем самым повышая стабильность устройства.

•Оптимизация расположения уровней интерфейса:Помимо ионной блокировки,Д18Средний слой также спроектирован таким образом, чтобыУлучшение качества перовскита иHTLРазмещение уровней междуИ исследование показало,Д18Энергетический уровень соседних перовскитов иСпиро-ОМЕТАДМежду ними есть лучшее соответствие. Путем введенияД18МожноУменьшение потери энергии на интерфейсе и содействие более эффективному извлечению отверстийА.

•Применяется процесс термооборота:Для обеспеченияД18ПромежуточныйПлотность и равномерное покрытиеИсследовательская группа принялаТехнология термооборотаЧтобы осадитьД18Пленка. Этот метод может создать лучший контакт интерфейса, повысить эффект ионной блокировки и эффективность передачи отверстия.

•ПроверкаД18А.Экспериментально команда доказала,Д18вСпособность подавлять ионную диффузию значительно лучше, чем обычно используемые полимеры.HTLМатериалы, напримерP3HTиПТАА. Это объясняетсяД18Более сильные межмолекулярные взаимодействия позволяют им формировать более плотные пленки.

Экспериментальный процесс и шаги

•Подготовка материалов:

○Исследовательская группасинтезВ качестве ключевого промежуточного материалаД18Полимеры

○ПодготовитьДругие необходимые материалы в перовскитовых солнечных батареях, такие как оловянная соль (дляСно2Электронный транспортный слой), йодид свинца (ПбИ2А также различные органические соли (используемые для образования перовскита).

○ПриготовлениеРазные концентрации.Д18Раствор для последующего осаждения пленки.

•Приготовление устройств:

1. Сначала.Свободное осуществлениеОсадки на стеклянной основеСно2Уровень передачи электронов

2. Проникновениедвухступенчатый метод растворавСно2На уровнеПодготовка перовскитной пленкиИ использоватьОАИпассивация поверхностиА.

3. Для введенияД18Промежуточный слой, исследователи будутгорячийД18Раствор закручивается на пассивированной перовскитной пленке.И они обнаружили,Термоциклическое покрытие и соответствующая концентрацияД18Раствор образует плотный и однородныйД18Средний уровень очень важен.Они наблюдали, что различные молекулярные массыД18Существуют различия в растворимости и мембранности, и в конечном итоге выборД18-М(Средняя молекулярная масса) В качестве основного интерфейсного материала. Они также обнаружили, чтоД18Спиральное нанесение на холодную перовскитную пленку может привести к воссоединению.

4. вД18На уровнеРотацияСпиро-ОМЕТАДслой переноса через отверстиеА.

5. Золотое или сереброЭлектроды, завершение подготовки солнечных батарей.

•Исследование ионной блокировки:

Для проверкиД18Способность ионов блокировать, исследователи разработали эксперимент, чтобы наблюдать PbBr2иФАИРеакцияА.

○Сначала они были на стеклянном фундаменте.ОсадкиPbBr2плёнкаА.

○Затем, в частиPbBr2На тонкой пленкеРазные концентрации.Д18АP3HTиПТААПолимерная пленкаВ качестве контраста.

○Затем, в этих покрытиях есть разные материалыPbBr2На тонкой пленкеРотацияФАИрастворНаблюдать, происходят ли изменения цвета. Наблюдается покрытиеД18的PbBr2Пленка вФАИПосле закручиванияНикаких видимых цветовых изменений.Показать, показатьД18Эффективно блокирует распространение ионов. Для сравнения, требуется более высокая концентрация.P3HTиПТААДля достижения аналогичного эффекта блокировки.

○Исследователи также используютХдифракция лучей(XRD)Технология проанализировала изменения кристаллической структуры этих пленок, чтобы еще раз подтвердитьД18Их можно остановить при определенных концентрациях.PbBr2иФАИМежду реакциями. Они также изучали тепловое напряжение,Д18Способность блокировать различные ионы.

•Д18Анализ характеристик пленки:

○использоватьСканирующий электронный микроскоп(СЭМ)Наблюдаю.Д18Покрытие поверхности перовскита, подтверждающее, что его можно получить с помощью термооборотного покрытияРавномерный и плотный.Д18плёнкаА.

○использоватьПроникающий электронный микроскоп с высоким разрешением(HRTEM)Измеряю.Д18Толщина среднего слоя примерно7Нами!И наблюдатьД18Тесный контакт с перовскитными зернами и границами кристаллов. Они также подтвердили, что послеСпироВ процессе осаждения сверхтонкиеД18Средний уровень не будет разрушен.

○Проникновение Потенциальный поверхностный микроскоп(КПФМ) Проанализировав распределение потенциалов на поверхности перовскита, мы обнаружили,Д18Может образовываться с поверхности перовскита.Равномерный контактА.

Результаты исследований и их характеристики

квазифермионное расщепление(Распределение квази-Ферми, QFLS)& Открытое напряжение(Voc)

Оценка радиационных комбинированных потерь и пониманиеД18Влияние среднего слоя на напряжение открытого контура.

рисунок3дПоказать контрольную группу иД18Измерение группового устройстваВоциQFLSПоказать контрольную группу (Контроль) иД18Электрическое напряжение (ЛОСВ соответствии с квантовой эффективностью фотолюминесценции (ПЛКИРасчетное деление квазиФерми (QFLSВ)).Д18ГрупповойQFLSЭто выше, чем у контрольной группы.20 меВЭто иизмеренныйЛОСПовысился.33 мВ Соответствие. Это показывает,ЛОСПовышение связано не только с уменьшением радиационных комбинированных потерь, но и сУлучшенная конфигурация уровней интерфейсаСвязанные с этим вопросы.

ЭнелитехСкоро выйдет совершенно новыйQFLSИзмерительные приборы!

Компания Enlitech QFLS-MaperМожно коротко3Быстрая выработка квазиферминового уровня (QFLS(Изображение, не до2Реконструкция через минуту.Псевдо J-VКривая позволяет легко понять теоретический потолок эффективности материала с нерадиоактивными композитными потерями. Поддерживаются не только измеренияИЛОКАПЛИзображения иПЛКИМногомодальные параметры, представленные в высокой визуализации, помогают исследователям точно анализировать и оптимизировать производительность солнечных батарей и других передовых фотоэлектрических компонентов. Следите за нами и получайте больше новостейЭй!

2. Плотность тока-напряжение(J-V)кривая

Исследовательская группа использовалаEnliTech的АААСимулятор солнечного светаSS-Xпроводить Дж-ВИзмерение кривых,Оценка основных характеристик солнечных батарей

рисунок4аСравнение контрольных групп иД18Малогабаритные перовскитные солнечные батареиДж-ВКривые, включая обратное и положительное сканирование. ВведениеД18После среднего слоя, лучшееД18Небольшое устройство выполнено. 26,39%(Обратное сканирование) и26,12%(Прямое сканирование) Эффективность преобразования мощности, коэффициент заполнения от80,37%Увеличить до83,92%Открытое напряжение от1,152 ВУвеличить до1,185 В，Это повышает общую эффективность.

•рисунок4сПоказать большую площадь(1 см2)перовскитовый солнечный элементДж-ВКривая также сравнивает контрольную группу иД18Группа А. Даже на больших площадях используетсяД18Устройства среднего уровня по - прежнему демонстрируют высокую эффективность.

3. Внешняя квантовая эффективность(Внешняя квантовая эффективность, EQE)

Исследовательская группа используетEnliTech的EQEсистемаQE-R，Измеряет реакцию солнечных элементов при освещении на разных длинах волн и интегрирует плотность тока короткого замыкания(Jsc)А.

рисунокС 23А.Сравнение контрольных групп.Д18Внешняя квантовая эффективность перовскитных солнечных батарей (EQE) Спектр. В пределах всего диапазона поглощения видимого света,Д18ГрупповойEQEПо сравнению с контрольной группой повысился. баллыEQEПлотность тока короткого замыканияДж-ВЗначения, измеренные кривой, совпадают.

Результаты исследований:Д18Интегрированная плотность короткого замыкания 25,86 мА смА?25 И,Дж-ВРезультаты кривой совпадают.

Другие признаки

•Хдифракция лучей(XRD)А.

Анализ кристаллической структуры и фазовой чистоты перовскитной пленки и оценка разложения прибора под тепловым напряжением. Также используется для оценкиД18Ионный блокирующий эффект. Результаты подтверждаютД18Промежуточный слой может эффективно подавлять разложение перовскита при тепловом напряжении,При определенных концентрациях можноОстановитьPbBr2иФАИИонный обмен между ними.А.(Рисунок1сДиаграмма2bДиаграммаС 10)

•Масс - спектрометрия вторичных ионов во время полёта(ToF-SIMS)А.

Анализируйте распределение элементов в слое устройства и изучите миграционное поведение ионов во время старения. Оказалось, что при тепловом напряженииперовскит в приборах группы управленияЯ-иФА+Явное направление ионовСпиро-ОМЕТАДСлойная диффузияИД18Перемещение ионов в групповых устройствах значительно подавлено.А.(Рисунок2еА2fДиаграммаС 13)

•Фотолюминесценция(ПЛ)Световолюминесценция(ТРПЛ)А.

Изучение динамики носителей перовскита и эффективности переноса заряда в интерфейсе. ВведениеД18После среднего слоя,Эффективно подавляется экситонная композиция перовскита, повышается эффективность разделения заряда и извлеченияА.(Рисунок3аДиаграмма3bДиаграммаС 19)

•зондовый силовой микроскоп Кельвина(КПФМ)А.

измерениеHTLПотенциал поверхности, оценка после старенияHTLФункция работы изменяется. После старенияблок управленияСпиро-ОМЕТАДПотенциал поверхности значительно снизился, а функция работы значительно снизилась.А,Д18Групповое устройствоСпиро-ОМЕТАДПоверхностный потенциал и функция работы изменяются меньше. (Рисунок2 часаА2и)

•Сканирующий электронный микроскоп(СЭМ)А.

Наблюдение за поверхностным видом пленки и структурой сечения устройства. Подтверждение изображенияД18Промежуточный слой может образовывать плотную пленку, которая эффективно покрывает поверхность перовскита и защищает форму перовскита после старения. (Рисунок2дДиаграммаС5)

заключение

Это исследование было успешным в эффективномн-и-пВ солнечную батарею из перовскита типаОчень тонкийД18Промежуточный слой полимеровЭтот инновационный дизайн привел к значительному прогрессу:

•Это значительно повышает стабильность солнечных батарей.А.Д18Средний уровень эффективноЭто блокирует кальциево - титановый пласт и передающий слой.(HTL)Диффузия ионовЭто обеспечивает защиту перовскитов иHTLИзбавление от деградации. Эксперимент показал, что по сравнению с отсутствиемД18Устройства среднего уровня, используемыеД18Устройства могут поддерживать более высокую эффективность как при постоянном освещении, так и при высоких температурах.

•Повышение эффективности преобразования энергии.А.Д18Промежуточный слойОптимизация перовскитов иHTLРазмещение уровней междуСпособствует эффективному извлечению электрической дыры и уменьшает потери энергии на интерфейсе. В конце концов, солнечные батареи, созданные исследовательской группой, получилиГандам26,39% (Сертифицирован как26,17%)Эффективность преобразования мощностиИ большая площадь(1Квадратный сантиметр)Эффективность устройства тоже достигнута.25,02%А.

Источник: Nature Communications DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 55329 - 0

Эта статья для Enlitech Light Technology переписана для научного обмена Если есть какие - либо нарушения, пожалуйста, сообщите